一种固定床加氢反应器及碳三馏分液相选择加氢的方法

摘要

本发明公开了一种固定床加氢反应器及碳三馏分液相选择加氢的方法。固定床加氢反应器的催化剂床层设置为两部分，催化剂上部床层和催化剂下部床层，催化剂上部床层和催化剂下部床层之间设置层间空隙区；层间空隙区的上部设有氢气分布管，氢气分布管是筒体的轴为圆心的环形管，在氢气分布管的向下或斜下方向的管壁上均匀设置氢气出口，氢气分布管与反应器外配氢管线相连。本发明通过在固定床反应器催化剂上下床层之间的层间空隙区采用环形管状氢气分布器补配氢气，有效地将气液物料与氢气二次混合，提升器壁区氢气浓度，有效地消除壁流所造成的出口MAPD超标。

说明书

技术领域

本发明涉及石油化工技术领域，具体是涉及一种固定床加氢反应器及碳三馏分液相选择加氢的方法。

背景技术

石脑油等液态烃原料经蒸汽裂解和分离后，碳三馏分中含有丙烯，丙烷，及少量的丙炔和丙二烯(简称MAPD)，MAPD的含量约为1％～5％(体积)。在丙烯聚合反应中，MAPD会降低聚丙烯催化剂的活性，影响聚合级丙烯产品的质量。为了将MAPD从碳三馏分中脱除，当前工业上采用催化选择加氢和溶剂吸收法脱除MAPD。由于催化加氢法工艺流程简单，没有环境污染，所以催化加氢法的应用日益普遍。

碳三馏分催化加氢技术主要采用固定床反应器，分为等温固定床反应器和绝热固定床反应器。等温固定床反应器具有良好的传热性能，单位床层具有较大的传热面积，管内温度较易控制，适用于碳三馏分气相加氢工艺，但由于设备投资大，气相物料需换热冷却进入下游，能耗较高，其局限性日益突出。绝热固定床反应器，反应器外壳包裹绝热保温层，使催化剂床层与外界没有热量交换。中空圆筒的底部放置搁板，上面堆放固体催化剂，气液相物料从上而下通过催化剂床层。其结构简单，床层横截面温度均匀，单位体积内催化剂装填量大，即生产能力大，比较适合于热效应不大的反应，非常适合碳三馏分液相加氢工艺。

传统的碳三馏分固定床液相加氢工艺中，原料与氢气混合后从反应器上部进入，从上而下通过催化剂床层，反应后的气相中含有大量氢气和少量烃类，液相产物主要以烃类为主，气相和液相产物一起由反应器底部的出料口采出，在经过换热器和/或冷却器降低温度后，经过压力平衡罐稳压后进入到下游丙烯精馏塔。

戴伟、张立岩等的专利CN101139242公布了一种碳三馏分液相选择加氢方法，取消了反应器出口的冷却器，并将压力平衡罐改为气液分离罐，并在气液分离罐上部设有冷凝器，将少量的气相碳三馏分冷凝为液相。与传统的碳三加氢技术相比，该方法减少了设备投资，降低了丙烯精馏塔的分离负荷，甚至可以省去巴氏精馏段，但受管道传输的影响，气液分离罐的温度受物料流量影响较大，冷凝器控制难度较大，很容易造成整个碳三加氢系统的压力波动，影响催化加氢反应。

在固定床加氢反应器内，形成了气-液-固三相共存的反应体系，反应效率高低取决于气-液-固三相的相间传质速度。由于气相需要溶解到液相中，才能与固相(催化剂)发生吸附反应，所以气相分布方式对反应器的传质效率和氢气使用效率有重要影响。

甘永胜和李斌等的专利CN101279229公布了一种反应器的气液分布器，气相从气液分布器的液相通道管顶部小孔横向进入反应器，液相从气液分布器的液体通道管小孔流出，形成不同直径的环形分布，改善反应器内部气液分布。

叶汀的专利CN20286053公布了一种液体分布器，在分布器底部设置滴液头，提高了液滴分布的均匀程度以及液相与气相的反应质量。

采用气液分布器能够提高气液两相在反应器内催化剂床层上部初始分布均匀程度，但随着装置规模的扩大，反应器直径和高度不断加大，气液分布难以在催化剂床层中部到下部也形成均匀分布，液相物料易于在反应器壁形成壁流，降低反应效率。

碳三液相加氢反应中需将MAPD脱除至ppm级，普遍选用活性较高的催化剂，加氢反应集中在催化剂床层上部，消耗氢气大，却很难将反应器出口MAPD控制指标以下，这主要是由于反应器中下部氢气浓度偏低，随壁流而下的液相物料中MAPD加氢几率变小。如果增大入口氢气配入量，不但影响丙烯选择性，而且反应后剩氢过多，将会直接影响丙烯精馏塔的分离效果，造成产品丙烯中氢含量超标。

发明内容

为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种固定床加氢反应器及的碳三馏分液相选择加氢的方法。本发明通过在固定床反应器催化剂上下床层之间的层间空隙区采用环形管状氢气分布器补配氢气，有效地将气液物料与氢气二次混合，提升器壁区氢气浓度，有效地消除壁流所造成的出口MAPD超标。

本发明的目的之一是提供一种固定床加氢反应器。

包括筒体、预分配器、气液分配盘、催化器床层、出口聚集器；筒体的顶部设置有进口；固定床加氢反应器内部，沿筒体的轴向从上至下依次设置预分配器、气液分配盘、催化剂床层和出口聚集器；

所述催化剂床层设置为两部分，催化剂上部床层和催化剂下部床层，催化剂上部床层和催化剂下部床层之间设置层间空隙区；

所述层间空隙区的上部设有氢气分布管，所述氢气分布管是筒体的轴为圆心的环形管，在所述的氢气分布管的向下或斜下方向的管壁上均匀设置氢气出口，所述的氢气分布管与反应器外配氢管线相连。

其中，

所述氢气分布管的外侧壁距离筒体内壁距离为反应器筒体内径的0-10％，优选为0-5％，更优选为2-5％。

所述氢气出口位置是以氢气分布管的圆心为轴，按圆心角度每5°-30°等分设置，优选按圆心角度每10°-20°等分设置，更优选按圆心角度每15°-20°等分设置。

所述氢气出口是设置在氢气分布管管壁纵切面的下半圆周的任意位置。即氢气出口的具体朝向，例如氢气垂直向下或者斜下方向。

所述催化剂上部床层与催化剂下部床层体积比为1:(0.5～4)，优选为1:(1～2)。

所述催化剂床层总高度为0.8-5.0米，催化剂床层直径与总高度比1:(0.5～4)。

本发明的目的之二是提供一种采用所述的固定床加氢反应器的碳三馏分液相选择加氢的方法。

包括：

液相馏分物料与氢气混合后,由筒体上部进入，经预分配器、气液分配盘均匀分配物料和氢气中的气液两相，通过催化剂上部床层进行加氢反应，然后在层间空隙区内与通过氢气分布管配入的氢气再进行混合后，进入催化剂下部床层进行加氢反应，反应产物由所述出口聚集器排出反应器。

其中，优选：

所述加氢反应的温度0-500℃，压力0.1-3.0Mpa，液相空速10-280h

本发明的一种固定床加氢反应器是这样实现的：

一种固定床加氢反应器，所述反应器包括筒体1，沿所述筒体1的轴向从上至下依次设置有预分配2、气液分配盘3、催化剂上部床层4、层间空隙区5，催化剂下部床层7和设置在所述筒体1底部的出口聚集器8；在所述层间空隙区5的上部设有氢气分布管6，所述氢气分布管6是以筒体的轴为圆心的环形管，在所述的氢气分布管6的向下或向斜下方向均匀设有若干氢气出口，所述的氢气分布管6与反应器外配氢管线相连。

在具体实施时，所述氢气分布管6是以筒体的轴为圆心的环形管，环形管外侧壁距离管壁距离为反应器筒体1内径的0-10％，优选为0-5％，更优选为2-4％。所述氢气分布管6管壁的向下或向斜下方向均匀设有若干氢气出口，所述氢气出口位置是以氢气分布管6的圆心为轴，按圆心角度每5°-30°等分设置，优选按圆心角度每10°-20°等分设置，更优选圆心角度每15°-20°等分设置。所述氢气出口是设置在氢气分布管6管壁的垂直向下；所述氢气出口是设置在氢气分布管6管壁斜向下方向；所述氢气出口是设置在氢气分布管6管壁纵切面的下半圆任意位置。所述氢气分布管6是连接外部配氢管线。

在具体实施时，所述催化剂上部床层4与催化剂下部床层7体积比为1:0.5至1:4，优选为1:1至1:2。

本发明的碳三馏分液相选择加氢的方法是这样实现的：

采用所述加氢反应器，所述液相馏分物料与氢气混合后,由所述筒体1上部的入口进入，经预分配器2、气液分配盘3均匀分配所述物料和氢气中的气液两相，通过所述催化剂上部床层4进行加氢反应，然后在所述层间空隙区5内与通过氢气分布管6配入的氢气再进行混合后，进入所述催化剂下部床层7进行加氢反应，反应产物由所述出口聚集器8排出反应器。

在具体实施时，所述加氢反应器用于碳三馏分液相选择加氢脱除甲基乙炔和丙二烯；所述加氢反应器中催化剂主活性组分为Pd、Ni、Co、Ru、Rh、Pt、Au中的至少一种，优选Pd、Ni、Ru中的至少一种，更优选为Pd。所述催化剂床层总高度0.8-5.0米，优选为1.0-2.5米，催化剂床层径高比1:0.5-1:4，优选为1:1-1:2。所述加氢反应的温度0-500℃，压力0.1-3.0Mpa，液相空速10-280h

本发明通过在固定床反应器催化剂上下床层之间的层间空隙区采用环形管状氢气分布器补配氢气，有效地将气液物料与氢气二次混合，提升器壁区氢气浓度，有效地消除壁流所造成的出口MAPD超标。

碳三液相加氢反应，脱除MAPD要求在200ppm以下，有的装置甚至要求在10ppm以下。环形管样式氢气分布器的引入改善氢气与物料的气液分布，提高加氢精制反应效率，在保证总配氢量不变的基础上提升了碳三液相反应的催MAPD转化率和丙烯选择性。

附图说明

图1为本发明固定床加氢反应器示意图；

图2为本发明的氢气分布器俯视图；

图3为传统固定床反应器示意图；

其中：1-反应器筒体，2-预分配器，3-气液分配盘，4-催化剂上部床层，5-层间空隙区，6-氢气分布管，7-催化剂下部床层，8-出口聚集器。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例1

如图1所示，一种固定床加氢反应器，包括筒体1、预分配器2、气液分配盘3、催化器床层、出口聚集器8；筒体1的顶部设置有进口；固定床加氢反应器内部，沿筒体1的轴向从上至下依次设置预分配器2、气液分配盘3、催化剂床层和出口聚集器8；

所述催化剂床层设置为两部分，催化剂上部床层4和催化剂下部床层7，催化剂上部床层4和催化剂下部床层7之间设置层间空隙区5；

所述层间空隙区5的上部设有氢气分布管6，所述氢气分布管6是筒体的轴为圆心的环形管，直径为1.1米；氢气分布管6上均匀分布18个氢气出口，按圆心角度每20°等分设置，每个氢气出口均位于氢气分布管6下部，且开口垂直向下。

反应器筒体内径1.25米，催化剂床层总高度2.5米，催化剂上部床层4高度为1.5米，催化剂下部床层7高度1.0米，层间空隙区5高度1米。

上述加氢反应器用于碳三馏分液相选择加氢脱除甲基乙炔和丙二烯；加氢反应的空速在100h

实施例2

一种固定床加氢反应器，同实施例1，区别仅在于：

所述层间空隙区5的上部设有氢气分布管6，所述氢气分布管6是筒体的轴为圆心的环形管，直径为1.9米；氢气分布管6上均匀分布40个氢气出口，按圆心角度每9°等分设置，每个氢气出口均位于氢气分布管6下部，且开口垂直向下。

反应器筒体内径2.0米，催化剂床层总高度2.2米，催化剂上部床层4高度为0.8米，催化剂下部床层7高度1.2米，层间空隙区5高度0.8米。

对比例

加氢反应器如图3所示，与实施例加氢反应器相比，没有催化剂床层分层，没有设置层间空隙区和氢气分布管，加氢反应产物由加氢反应器底部排出。

其他反应器参数(反应器直径和催化剂总装填量)、碳三馏分液相选择加氢脱除甲基乙炔和丙二烯的反应条件与实施例1相同。

进行选择加氢反应后，反应器底部出料气液混合物料中MAPD含量689ppm，氢气含量3448ppm，丙烯选择性44％。

对比结果显示：本发明反应器的催化剂床层进行了分层，并在层间空隙区设置有氢气分布管，有效地改善了反应器器壁附近的氢气浓度分布，消除了壁流所造成的出口MAPD含量高的问题，提升了加氢精制反应效率和丙烯选择性。